CN106837654B - 一种发电效率高的卧轴冲击式水轮机 - Google Patents

一种发电效率高的卧轴冲击式水轮机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种发电效率高的卧轴冲击式水轮机，包括轮盘、导水机构和若干水斗，水斗内设有第一挡板和第二挡板，导水机构包括导水箱，导水箱包括外壳，外壳内设有若干导水单元，导水单元包括驱动单元、堵塞单元、水缸、活塞、第一水管、第二水管和出水管，该发电效率高的卧轴冲击式水轮机通过第一挡板和第二挡板使水斗向下转动时有更多的重力势能转化为轮盘的动能，同时水斗向上转动时减轻重力负载，进而保证了轮盘的转速，提高了发电效率，不仅如此，多个导水单元协同往喷头内导入水流，并通过调节第一驱动电机转速调节导入水流速度，从而保证了喷射水流的竖向截面积的同时能改变水流的速度，从而能明显改变轮盘的转速，调节发电功率。

Description

一种发电效率高的卧轴冲击式水轮机
技术领域
本发明涉及水利发电领域，特别涉及一种发电效率高的卧轴冲击式水轮机。
背景技术
冲击式水轮机是利用高压喷射水流的动能做功的水轮机，高水头水库的水通过压力管道引到水轮机，高压水经过水轮机喷管成为高速射出的水流，冲向水轮机的水斗，使水轮机旋转做功。
现有的冲击式水轮机虽能满足发电需求，但是在运行时，由于喷头在向水斗喷射水流后，使水斗带动轮盘有转动的趋势，但是喷射后的水流方向也随之与轮盘转动方向相反，反方向的水流容易喷射到下一个水斗上，对轮盘的转动产生一定的阻力，导致轮盘的转速下降，使单位时间内发电机发电量低，不仅如此，冲击的喷头虽能满足调节冲击水流速度的功能，但是在调节水流速度时通常采用压缩水流的方式，水流的速度虽然上升，但是由于喷头内部水流量的恒定输出，导致水流的竖向截面积也随之降低，此长彼消之下，导致单位时间内冲击在轮盘上的水斗的动能变化不大，进而调节水轮机转速效果不明显。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术的不足，提供一种发电效率高的卧轴冲击式水轮机。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种发电效率高的卧轴冲击式水轮机，包括轮盘、导水机构、若干固定块和若干水斗，所述固定块的数量和水斗的数量相等且一一对应，所述水斗通过固定块与轮盘固定连接；
所述水斗的竖向截面的形状为半圆形，所述半圆形截面开口内依次设有第一挡板和第二挡板，所述第一挡板和第二挡板均固定在水斗内的一侧且靠近轮盘，所述第一挡板上设有若干通孔；
所述导水机构设置在轮盘的一侧，所述导水机构包括导水箱，设置在导水箱上方的进水口和设置在导水箱一侧的喷水单元，所述进水口与导水箱连通，所述喷水单元设置在导水箱和轮盘之间，所述喷水单元包括喷头和喷水管，所述喷头通过喷水管与导水箱连通；
所述导水箱包括外壳，所述外壳内设有进水管、导水管和若干导水单元，所述进水管与进水口连通，所述导水管与喷水管连通，所述导水单元从上而下依次设置，所述导水单元设置在进水管和导水管之间；
所述导水单元包括驱动单元、堵塞单元、水缸、活塞、第一水管、第二水管和出水管，所述驱动单元设置在水缸的一侧且靠近进水管，所述驱动单元与活塞传动连接，所述活塞远离驱动单元的一端设置在水缸内，所述水缸通过第一水管与进水管连通，所述堵塞单元和出水管均设置在水缸的另一侧，所述水缸通过出水管与第二水管连通，所述第二水管与导水管连通。
作为优选，为了实现活塞滑动，所述驱动单元包括第一驱动电机、第一连杆和第二连杆，所述第一驱动电机与第一连杆传动连接，所述第一连杆通过第二连杆与活塞铰接。
作为优选，为了固定喷头，所述导水机构还包括固定环和两个固定杆，两个所述固定杆分别设置在固定环的两侧，所述固定环通过固定杆与导水箱固定连接，所述固定环套设在喷头上。
作为优选，为了能够灵活控制出水管的封闭开启，所述堵塞单元包括平移单元、堵塞块和两个支板，两个所述支板分别固定在水缸的两端，所述平移单元和堵塞块均设置在两个支板之间，所述平移单元与堵塞块传动连接，所述堵塞块远离平移单元的一端设在在出水管内。
作为优选，为了实现堵塞块的移动，所述平移单元包括第二驱动电机、第二驱动轴、缓冲块、铰接块、两个夹板和两个第三连杆，所述第二驱动电机固定在其中一个支板上，所述缓冲块固定在另一个支板上，所述第二驱动轴设置在第二驱动电机和缓冲块之间，所述第二驱动电机与第二驱动轴传动连接，两个所述夹板均套设在第二驱动轴上，所述第二驱动轴的外周上设有外螺纹，所述夹板内设有内螺纹，所述夹板内的内螺纹与第二驱动轴上的外螺纹相匹配，两个所述夹板内的内螺纹方向相反，所述夹板与第三连杆一一对应，所述夹板通过第三连杆与铰接块铰接，所述铰接块与堵塞块固定连接。
作为优选，为了减小夹板移动产生的摩擦力，所述夹板内涂有润滑油。
作为优选，为了防止所述第一连杆、第二连杆和第三连杆变形，所述第一连杆、第二连杆和第三连杆均为钛合金杆。
作为优选，为了控制水流从水斗流出的轨迹防止水流流到下一个水斗上影响轮盘转动，所述第二挡板的竖向截面的形状为劣弧形，所述劣弧形截面的开口相同与水斗半圆形截面的开口方向相同。
作为优选，为了方便直观显示发电效果并进行相应操作，所述导水箱上设有显示屏和若干控制按钮。
作为优选，为了提供良好的人机界面，所述显示屏为液晶显示屏。
本发明的有益效果是，该发电效率高的卧轴冲击式水轮机通过第一挡板和第二挡板使水斗向下转动时有更多的重力势能转化为轮盘的动能，同时水斗向上转动时减轻重力负载，进而保证了轮盘的转速，提高了发电效率，不仅如此，由于多个导水单元协同往喷头内导入水流，并通过调节第一驱动电机转速调节导入水流速度，从而保证了喷射水流的竖向截面积的同时能改变水流的速度，从而能明显改变轮盘的转速，调节发电功率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的发电效率高的卧轴冲击式水轮机的结构示意图；
图2是本发明的发电效率高的卧轴冲击式水轮机的导水箱的结构示意图；
图3是本发明的发电效率高的卧轴冲击式水轮机的导水单元的结构示意图；
图4是本发明的发电效率高的卧轴冲击式水轮机的堵塞单元的结构示意图；
图5是本发明的发电效率高的卧轴冲击式水轮机的水斗的结构示意图；
图6是本发明的发电效率高的卧轴冲击式水轮机的第一挡板的结构示意图；
图中：1.轮盘，2.固定块，3.水斗，4.导水箱，5.进水口，6.喷水管，7.喷头，8.固定杆，9.固定环，10.显示屏，11.控制按钮，12.外壳，13.进水管，14.导水管，15.导水单元，16.水缸，17.活塞，18.第一水管，19.第二水管，20.出水管，21.堵塞单元，22.第一驱动电机，23.第一连杆，24.第二连杆，25.支板，26.第二驱动电机，27.缓冲块，28.夹板，29.第三连杆，30.铰接块，31堵塞块，32.第一挡板，33.第二挡板，34.通孔，35.第二驱动轴。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1-图6所示，一种发电效率高的卧轴冲击式水轮机，包括轮盘1、导水机构、若干固定块2和若干水斗3，所述固定块2的数量和水斗3的数量相等且一一对应，所述水斗3通过固定块2与轮盘1固定连接；
所述水斗3的竖向截面的形状为半圆形，所述半圆形截面开口内依次设有第一挡板32和第二挡板33，所述第一挡板32和第二挡板33均固定在水斗3内的一侧且靠近轮盘1，所述第一挡板32上设有若干通孔34；
所述导水机构设置在轮盘1的一侧，所述导水机构包括导水箱4，设置在导水箱4上方的进水口5和设置在导水箱4一侧的喷水单元，所述进水口5与导水箱4连通，所述喷水单元设置在导水箱4和轮盘1之间，所述喷水单元包括喷头7和喷水管6，所述喷头7通过喷水管6与导水箱5连通；
所述导水箱5包括外壳12，所述外壳12内设有进水管13、导水管14和若干导水单元15，所述进水管13与进水口5连通，所述导水管14与喷水管6连通，所述导水单元15从上而下依次设置，所述导水单元15设置在进水管13和导水管14之间；
所述导水单元15包括驱动单元、堵塞单元21、水缸16、活塞17、第一水管18、第二水管19和出水管20，所述驱动单元设置在水缸16的一侧且靠近进水管13，所述驱动单元与活塞17传动连接，所述活塞17远离驱动单元的一端设置在水缸16内，所述水缸16通过第一水管18与进水管13连通，所述堵塞单元21和出水管20均设置在水缸16的另一侧，所述水缸16通过出水管20与第二水管19连通，所述第二水管19与导水管14连通。
作为优选，为了实现活塞17滑动，所述驱动单元包括第一驱动电机22、第一连杆23和第二连杆24，所述第一驱动电机22与第一连杆23传动连接，所述第一连杆23通过第二连杆24与活塞17铰接。
作为优选，为了固定喷头7，所述导水机构还包括固定环9和两个固定杆8，两个所述固定杆8分别设置在固定环9的两侧，所述固定环9通过固定杆8与导水箱4固定连接，所述固定环9套设在喷头7上。
作为优选，为了能够灵活控制出水管20的封闭开启，所述堵塞单元21包括平移单元、堵塞块31和两个支板25，两个所述支板25分别固定在水缸16的两端，所述平移单元和堵塞块31均设置在两个支板25之间，所述平移单元与堵塞块31传动连接，所述堵塞块31远离平移单元的一端设在在出水管20内。
作为优选，为了实现堵塞块31的移动，所述平移单元包括第二驱动电机26、第二驱动轴35、缓冲块27、铰接块30、两个夹板28和两个第三连杆29，所述第二驱动电机26固定在其中一个支板25上，所述缓冲块27固定在另一个支板25上，所述第二驱动轴35设置在第二驱动电机26和缓冲块27之间，所述第二驱动电机26与第二驱动轴35传动连接，两个所述夹板28均套设在第二驱动轴35上，所述第二驱动轴35的外周上设有外螺纹，所述夹板28内设有内螺纹，所述夹板28内的内螺纹与第二驱动轴35上的外螺纹相匹配，两个所述夹板28内的内螺纹方向相反，所述夹板28与第三连杆29一一对应，所述夹板28通过第三连杆29与铰接块30铰接，所述铰接块30与堵塞块31固定连接。
作为优选，为了减小夹板28移动产生的摩擦力，所述夹板28内涂有润滑油。
作为优选，为了防止所述第一连杆23、第二连杆24和第三连杆29变形，所述第一连杆23、第二连杆24和第三连杆29均为钛合金杆。
作为优选，为了控制水流从水斗3流出的轨迹防止水流流到下一个水斗3上影响轮盘1转动，所述第二挡板33的竖向截面的形状为劣弧形，所述劣弧形截面的开口方向与水斗3半圆形截面的开口方向相同。
作为优选，为了方便直观显示发电效果并进行相应操作，所述导水箱4上设有显示屏10和若干控制按钮11。
作为优选，为了提供良好的人机界面，所述显示屏10为液晶显示屏。
该卧轴冲击式水轮机运行时，由导水箱4通过喷水管6向喷头7输送水流，由喷头7对准轮盘1上的水斗3喷射高速水流，水流喷射到水斗3内后，轮盘1转动，同时水流溅向到水斗3内的第一挡板32，部分水流通过第一挡板32上的通孔34后溅射到第二挡板33上，从而使水流停留在水斗内部，由于喷头7位于轮盘1的上方，使带有水流的水斗3从轮盘1的最高处开始转动，转动过程中，水斗3中的水流增加了水斗3的质量，从而使水斗3从轮盘1顶处转动至轮盘1底部后由更多的重力势能转换为轮盘1的动能，进而增加了轮盘1的转速，当水斗3从轮盘1底部向上转动使，水斗3的开口向下，水斗3内的水流通过第一挡板32上的通孔34，沿着第二挡板33向水斗3外部流动，从而减少了水斗3上升所需克服的重力势能，进而保证了轮盘1的转速。该发电效率高的卧轴冲击式水轮机通过第一挡板32和第二挡板33使水斗3向下转动时有更多的重力势能转化为轮盘1的动能，同时水斗3向上转动时减轻重力负载，进而保证了轮盘1的转速，提高了发电效率。
当需要调节喷头7喷出的水流速度用于改变轮盘1的转速时，通过操作导水箱4上的控制按钮11控制外壳12内部各导水单元15的运行情况，导水单元15运行时，首先外部水源依次通过进水口5、进水管13和第一水管18,进入水缸16内部，使活塞17向靠近驱动单元的方向移动，当水缸16内水源充足时，水缸16另一侧的堵塞单元21运行，由第二驱动电机26带动第二驱动轴35转动，使由于两个夹板28内的内螺纹方向相反，从而使两个夹板28相互远离，拉动第三连杆29，使堵塞块31脱离出水管20后，驱动单元中的第一驱动电机22运行，带动第一连杆23转动，通过第二连杆24使活塞17向水缸16内移动挤压，使水流通过出水管20向第二水管19内流动，并由喷水管6流到喷头7内喷出，当第一驱动电机22转速越快，水流喷射速度越快，水缸16内的水源喷射完后，由堵塞单元21中的第二驱动电机26反向转动，使堵塞块21堵住出水管20，使外部水流往水缸16内注水，同时其他的导水单元15往喷头7内导入水流，由于多个导水单元15协同往喷头7内导入水流，并通过调节第一驱动电机22转速调节导入水流速度，从而保证了喷射水流的竖向截面积的同时能改变水流的速度，从而能明显改变轮盘1的转速，调节发电功率。
与现有技术相比，该发电效率高的卧轴冲击式水轮机通过第一挡板32和第二挡板33使水斗3向下转动时有更多的重力势能转化为轮盘1的动能，同时水斗3向上转动时减轻重力负载，进而保证了轮盘1的转速，提高了发电效率，不仅如此，由于多个导水单元15协同往喷头7内导入水流，并通过调节第一驱动电机22转速调节导入水流速度，从而保证了喷射水流的竖向截面积的同时能改变水流的速度，从而能明显改变轮盘1的转速，调节发电功率。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。。

Claims (10)

1.一种发电效率高的卧轴冲击式水轮机，其特征在于，包括轮盘(1)、导水机构、若干固定块(2)和若干水斗(3)，所述固定块(2)的数量和水斗(3)的数量相等且一一对应，所述水斗(3)通过固定块(2)与轮盘(1)固定连接；
所述水斗(3)的竖向截面的形状为半圆形，所述半圆形截面开口内依次设有第一挡板(32)和第二挡板(33)，所述第一挡板(32)和第二挡板(33)均固定在水斗(3)内的一侧且靠近轮盘(1)，所述第一挡板(32)上设有若干通孔(34)；
所述导水机构设置在轮盘(1)的一侧，所述导水机构包括导水箱(4)，设置在导水箱(4)上方的进水口(5)和设置在导水箱(4)一侧的喷水单元，所述进水口(5)与导水箱(4)连通，所述喷水单元设置在导水箱(4)和轮盘(1)之间，所述喷水单元包括喷头(7)和喷水管(6)，所述喷头(7)通过喷水管(6)与导水箱(4 )连通；
所述导水箱(4 )包括外壳(12)，所述外壳(12)内设有进水管(13)、导水管(14)和若干导水单元(15)，所述进水管(13)与进水口(5)连通，所述导水管(14)与喷水管(6)连通，所述导水单元(15)从上而下依次设置，所述导水单元(15)设置在进水管(13)和导水管(14)之间；
所述导水单元(15)包括驱动单元、堵塞单元(21)、水缸(16)、活塞(17)、第一水管(18)、第二水管(19)和出水管(20)，所述驱动单元设置在水缸(16)的一侧且靠近进水管(13)，所述驱动单元与活塞(17)传动连接，所述活塞(17)远离驱动单元的一端设置在水缸(16)内，所述水缸(16)通过第一水管(18)与进水管(13)连通，所述堵塞单元(21)和出水管(20)均设置在水缸(16)的另一侧，所述水缸(16)通过出水管(20)与第二水管(19)连通，所述第二水管(19)与导水管(14)连通。
2.如权利要求1所述的一种发电效率高的卧轴冲击式水轮机，其特征在于，所述驱动单元包括第一驱动电机(22)、第一连杆(23)和第二连杆(24)，所述第一驱动电机(22)与第一连杆(23)传动连接，所述第一连杆(23)通过第二连杆(24)与活塞(17)铰接。
3.如权利要求1所述的一种发电效率高的卧轴冲击式水轮机，其特征在于，所述导水机构还包括固定环(9)和两个固定杆(8)，两个所述固定杆(8)分别设置在固定环(9)的两侧，所述固定环(9)通过固定杆(8)与导水箱(4)固定连接，所述固定环(9)套设在喷头(7)上。
4.如权利要求2所述的一种发电效率高的卧轴冲击式水轮机，其特征在于，所述堵塞单元(21)包括平移单元、堵塞块(31)和两个支板(25)，两个所述支板(25)分别固定在水缸(16)的两端，所述平移单元和堵塞块(31)均设置在两个支板(25)之间，所述平移单元与堵塞块(31)传动连接，所述堵塞块(31)远离平移单元的一端设在出水管(20)内。
5.如权利要求4所述的一种发电效率高的卧轴冲击式水轮机，其特征在于，所述平移单元包括第二驱动电机(26)、第二驱动轴(35)、缓冲块(27)、铰接块(30)、两个夹板(28)和两个第三连杆(29)，所述第二驱动电机(26)固定在其中一个支板(25)上，所述缓冲块(27)固定在另一个支板(25)上，所述第二驱动轴(35)设置在第二驱动电机(26)和缓冲块(27)之间，所述第二驱动电机(26)与第二驱动轴(35)传动连接，两个所述夹板(28)均套设在第二驱动轴(35)上，所述第二驱动轴(35)的外周上设有外螺纹，所述夹板(28)内设有内螺纹，所述夹板(28)内的内螺纹与第二驱动轴(35)上的外螺纹相匹配，两个所述夹板(28)内的内螺纹方向相反，所述夹板(28)与第三连杆(29)一一对应，所述夹板(28)通过第三连杆(29)与铰接块(30) 铰接，所述铰接块(30)与堵塞块(31)固定连接。
6.如权利要求5所述的一种发电效率高的卧轴冲击式水轮机，其特征在于，所述夹板(28)内涂有润滑油。
7.如权利要求5所述的一种发电效率高的卧轴冲击式水轮机，其特征在于，所述第一连杆(23)、第二连杆(24)和第三连杆(29)均为钛合金杆。
8.如权利要求1所述的一种发电效率高的卧轴冲击式水轮机，其特征在于，所述第二挡板(33)的竖向截面的形状为劣弧形，所述劣弧形截面的开口方向与水斗(3)半圆形截面的开口方向相同。
9.如权利要求1所述的一种发电效率高的卧轴冲击式水轮机，其特征在于，所述导水箱(4)上设有显示屏(10)和若干控制按钮(11)。
10.如权利要求9所述的一种发电效率高的卧轴冲击式水轮机，其特征在于，所述显示屏(10)为液晶显示屏。
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